主设备设计计算说明书物料和能量的计算参赛队:设计计算:制作:校核:指导老师:双核聚变队邓泽情邓泽情邓泽情童汉清老师聂丽君老师目录一、燃料乙醇 4二、生产工艺 5三、物料衡算 12（一） 原料计算 13（二） 蒸煮醪量的计算 16（三） 糖化醪与发酵醪量的计算 16四、能量衡算 19无水乙醇是一种应用很广泛的有机溶剂，是一种可再生的生物能源其中燃 料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳原料之一，能和汽油以一定的比例混配成 一种车用原料乙醇的生产有化学合成法和生物发酵法，随着全球石油的缩减， 化学合成已受限制，生物发酵生产乙醇受各方推崇和应用生物发酵法是利用淀粉质原料或糖质原料，在微生物作用下生成乙醇的方法淀粉质原料生产乙醇过程包括：原料粉碎、蒸煮糖化、酒母制备、发酵及蒸馏精制等工序一、燃料乙醇一）乙醇性质 酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘学名是乙醇， 分子式辛醇/水分配系数的对数值： 0.32闪点（°C）： 12C H OH，（酒精燃烧C H OH + 3O = 2CO T+3H O ）因为它的化学25分子式中含有羟基，25所以叫做乙醇222比重0.7893(20／4°)。
乙醇的分子量：46外观与性状： 无色液体，有酒香燃点：75C 熔点：-114.1C沸点（一标准大气压下）：78.3 C相对密度（水=1）： 0.79相对蒸气密度（空气=1）：1.59饱和蒸气压(kPa): 5.33(19C)燃烧热(kj/mol)： 1365.5临界温度（C）： 243.1临界压力（MPa）:6.38引燃温度（°C）： 363爆炸上限％（V/V）： 19.0 爆炸下限％（V/V）： 3.3（二）类别和主产品 工业乙醇（该方案的产品是燃料乙醇）工业酒精含乙醇 96%以上，还含少量甲醇和其他物质 甲醇是有害的它可以 挥发，对呼吸系统有害有人用工业酒精（含甲醇的乙醇）做酒，饮用后可导致 失明食用乙醇：食用酒精使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏 来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体，食用酒精里 不含有对人体有毒的苯类和甲醇药用乙醇：乙醇含量在 75％左右无水乙醇：无水乙醇的酒精含量极高，分为化学纯和分析纯，化学纯的含量大于 等于99.5%，分析纯的含量在99.9%以上燃料乙醇是指未加变性剂的、可作为燃料用的无水乙醇燃料乙醇可缓解能源紧 张，减少环境污染，促进农业发展。
二、生产工艺二）原料及原料预处理1. 原料 荔枝龙眼核：荔枝核含淀粉61.52 %，龙眼核含淀粉65%,荔枝龙眼为岭南特色水果，主产于福建、广东、广西等地,全国荔枝年产量则达到了150万吨，龙眼产量为80万吨，龙眼核的重量约占龙眼果实鲜重的65%，荔枝核的重量约占荔枝果实鲜重的60%，目前我国有30%左右的鲜荔枝、龙眼都要靠加工成干果销售，所以我们利用大型加工 厂获得核进行生产，而实际对荔枝核、龙眼核的回收大约达到加工量的90%，每年能够收集的荔枝核具体的量为 40.5万吨,龙眼核 21.6 万吨在茂名地区,我们可以直接在荔枝龙眼加工厂回收到我们所需要的9万 吨荔枝龙眼核,并且我们回收荔枝龙眼核时,是按垃圾来处理的,所以我 们的原料是零成本水：包括粉料液化糖化用水、发酵用水、蒸馏车间用水和清洗用水等，都利用城 市自来水或是自来水经过一系列灭菌消毒的无菌水淀粉酶和糖化酶：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母 糖化醪用糖化酶量200u/g原料硫酸和硫酸铵等：硫酸铵用量8kg/1 （酒精），硫酸用量（调pH用）5.5kg/t （酒 精）乙醇酵母：发酵用的菌种，将糖化醪发酵产生乙醇、co c和其他副产物。
22. 原料除杂和粉碎1） 淀粉质原料在收集时，会混进沙土、杂物，甚至金属夹杂物等一 般采用先振动筛筛选，再磁力除铁器磁选以除去杂质2） 淀粉质原料中淀粉颗粒常以颗粒状态储存于细胞中，不宜被直接利用粉碎后有利于增加原料表面积，加快吸水速度，缩短水热处理时间；有利于淀粉酶的作用，提高淀粉的转化率，同时有利于原料在生产过程中的输送粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，此次采用 湿式粉碎进行生产3) 由粉尘损失造成的淀粉损失率约为 0.40％3. 水热处理(液化)和连续蒸煮糖化1) 淀粉的液化：是利用淀粉液化酶使糊化的淀粉黏度降低，并水解成 糊精和低聚糖的过程2) 使用耐高温的a-淀粉酶，采用95°C的处理温度，使用普通a-淀粉酶，采用85C处理温度现采用低压喷射液化器来完成淀粉的液化 调浆温度为50C，喷射液化器使粉浆迅速升温至105 C,进入维 持管保温液化5~8min,真空闪急蒸发冷却至95 C进入液化罐反应 约60min后，进真空冷却器冷却至63 C后糖化30min低压喷射液化处理工艺粉料f加水制浆f喷射液化f保温液化f冷却糖化t ta-淀粉酶蒸汽3) 淀粉的糖化：是利用糖化酶将淀粉液化的产物进一步水解成葡萄糖 的的过程，并为发酵提供含糖适量并保持一定酶活力的无菌或极少 杂菌的醪液。
糖化温度一般根据糖化酶的最适作用温度进行控制，即58~60°C 为宜，糖化酶作用的最适pH为4.2~5.0醪液的pH太高或太低都将破坏酶的活 力，不利于糖化糖化酶用量一般为每克淀粉使用100U，视原料品种、糖化方式 等定量糖化时间不宜过长，一般在15~25min的范围，也可以根据糖化 醪进行调控，即以产生 25％~35％的还原糖的时间为宜蒸煮糖化中由于淀粉残留及糖分破坏造成的淀粉损失约为 0.40％4. 乙醇酵母的培养麦芽汁 麦芽汁 麦芽汁 糖化醪琼脂7 ! !!酵母f斜面试管f液体试管f三角瓶培养f卡氏罐培养f小酒母罐培养f大酒 母罐培养f发酵罐糖化醪乙醇酵母的培养（酒母 1：10 扩大培养）1） 原菌种斜面培养：麦芽汁琼脂，25~30°C培养3~5天（冰箱4°C保存 备用）2） 液体试管：10°Bx麦芽汁，灭菌冷却至25~30C,无菌接种置25~30C 培养 20h3） 三角瓶培养：1/3麦芽汁和2/3糖化醪，25~30C培养12~14h,pH4~64） 卡式罐培养：糖化醪，25~30°C培养12~14h, pH4~65） 小酒母罐、大酒母罐培养：糖化醪，25~30°C培养12~14h, pH4~6（三） 乙醇发酵――菌种：乙醇酵母； 培养基：荔枝龙眼核糖化醪f发酵醪；pH:4.2~4.5;1) 前发酵期：醪液中酵母密度小，酵母进行适应，发酵作用不强。
实 际生产时，酒母量在10%左右，前发酵期时间为6~8h,连续发酵时, 前发酵期基本不存在2) 主发酵期：酵母不再大量繁殖，而主要进行乙醇发酵，发酵作用强烈，糖分消耗迅速，乙醇逐渐增加主发酵温度控制在30~34°C不 得高于34~35C，发酵时间一般为12~15小时3) 后发酵期：醪液中的糖分已大部分被发酵，但醪液中残存的糊精等 多糖成分继续被转化为可发酵性糖，酵母把它转化为乙醇后糖化 作用速度比糖发酵速度要慢得多，乙醇和co °生产量减少，表观看2来气泡不断产生，但醪液不再翻动后发酵期一般需40 小时左右才 能完成，保持醪液温度在 30C±1C 4) 发酵过程中的淀粉损失率：发酵残糖——1.3%巴斯德效应——4.0%酒气自然蒸发与被CO2带走一一0.30%(若有酒精捕捉器，损失为 0.30%)四) 分离纯化和蒸馏精制分离纯化工艺流程图发酵罐f泵f醪塔f浓缩塔f粗酒精f分子筛塔A、B-冷凝\ / fl蒸汽 蒸汽 无水乙醇 过程中的淀粉损失率：（1）废槽带走等——1.60％（2）脱水损失——1.0％（五） 副产品利用和废水废渣处理酒精槽f固液分离f滤液f处理f澄清液f回用及生物处理滤渣f饲料一泥浆三、物料衡算1）生产方法：双酶糖化、间歇发酵、塔蒸馏。
2) 生产天数：每年300d3) 燃料酒精日产量：4.214) 燃料酒精年产量：300001我计算出来才1260吨/年是用核发酵的，这 个数据肯定不正确，你看下错在哪里)(5) 产品质量：国际燃料酒精，乙醇含量95％以上(质量分数)(6) 主原料：荔枝核含淀粉61.52 %，龙眼核含淀粉65%,两者平均淀粉含量为 63%(7) 酶用量：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母糖 化醪用糖化酶量200u/g原料8) 硫酸铵用量8kg/1 (酒精)，硫酸用量(调pH用)5.5kg/1 (酒精)一) 原料计算1)糖化：(C H O )+ nH O T nC H O (1-1)6 12 5 n 2 6 12 6162 18 180发酵： C H O T 2C H OH +2CO (1-2)6 12 6 2 5 2180 46X2 44X22） 生产1000kg燃料酒精的理论淀粉消耗量由（1-1）和（1-2）求得：1000X95%X162F92 = 1672.8 （kg）3） 生产1000kg燃料酒精的实际淀粉消耗量表（3-1） 生产过程各阶段淀粉损失率生产过程损失原因淀粉损失率%备注原料处理粉尘损失0.40蒸煮糖化淀粉残留及糖分坏0.40发酵发酵残糖1.3发酵巴斯德效应4.0发酵酒气自然蒸发与被 CO20.30加酒精捕集器0.30%带走蒸馏废槽带走等1.60脱水脱水损失1.0总计损失9.01672.8F(100%—9.0%) =1838.3 (kg)4) 生产1000kg燃料酒精的荔枝龙眼核原料消耗量荔枝龙眼核原料含淀粉 63％，水分13％1838. 3F63%=2918.0 (kg)5) a-淀粉酶消耗量应用酶活力为20000u/g的a-淀粉酶液化酶用量：2918.0X1000X8^20000=1.167 (kg)6) 糖化酶耗量糖化酶活力为100000u/g。
使用量为100u/g原料2918.0X1000X100^100000=2.918 (kg)此外，酒母糖化酶用量按200u/g (原料)计，且酒母用量为10%2918.0X10%X70%X200F100000=0.409 (kg)式中70%为酒母的糖化液占 70%其余为稀释水与糖化剂两项合计，糖化酶用量为 3.327kg/h7） 硫酸铵耗用量 作为补充氮源，其用量为酒母用量的 0.1%二） 蒸煮醪量的计算 淀粉原料连续蒸煮的粉料加水为 1:2，故粉浆量为：2918X（1 + 2） =8739 （kg/h）经喷射液化连续蒸煮,最终蒸煮醪液量为 8879.2kg/h三） 糖化醪与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟醪量含酒精 10%（体积分数），相当于 8.01%（质量分数）并设蒸馏效率为 98.4%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪液的5%和1%,则生产1000kg95% （质量分数）酒精成品计算如下：① 需蒸馏的成熟发酵醪量为：F=1000X95%F98.4%F8.01%X。